一种带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点及方法
技术领域
本发明涉及装配式钢结构建筑
技术领域
，特别是涉及一种带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点及方法。背景技术
基于集约化生产、降低能耗、集中治理、工业化生产、高品质要求等原因，各地鼓励装配式建筑的发展。钢结构作为装配式建筑的主要形式，广泛应用于多高层建筑。箱形截面构件因其抗扭刚度大、稳定承载力高、高度适应性强等优点可用于多高层装配式钢结构建筑的承重结构。
目前多高层建筑中采用箱形梁柱时，已有的连接方法有以下三种：
(1)焊缝连接——箱形梁与箱形柱采用焊缝连接。
(2)栓焊混合连接——箱形梁的腹板与箱形柱采用螺栓连接，箱形梁的翼缘与箱形柱采用焊缝连接。
(3)单边螺栓连接——箱形梁加焊端板与箱形柱采用单边螺栓连接。
现有的“焊缝连接”方式，梁柱之间完全采用焊缝连接，缺点：
箱形梁柱节点工地现场焊接工作量大，效率低，PM2.5排放量高；
影响焊接的因素多，质量难于控制；
焊接产生的残余应力及残余变形现场无法消除，存在结构安全隐患。
现有的“栓焊混合连接”方式，箱形梁的重要受力部位——翼缘仍需与箱形柱采用焊缝连接，现场安装效率低、质量难于控制且焊接产生的残余应力及残余变形现场无法消除，存在结构安全隐患。
现有的“单边螺栓连接”方式，虽然可实现全螺栓连接，但单边螺栓目前无国家标准或规范可依、造价高。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点及方法，通过现场全装配降低劳动强度提高效率；构件现场无需焊接、质量容易保证，达到箱形梁柱节点连接安全、高效、环保的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点，包括箱形柱、悬臂箱梁、箱形梁和连接组件；所述悬臂箱梁的一端与所述箱形柱的一侧固定连接，所述悬臂箱梁的另一端通过所述连接组件与所述箱形梁可拆卸连接。
可选的，所述悬臂箱梁的一端与所述箱形柱之间设置有补强板，所述补强板一端插入所述箱形柱内并与所述箱形柱的内壁焊接。
可选的，所述悬臂箱梁的一端设置有安装孔和安装用螺栓孔，所述箱形梁靠近所述悬臂箱梁的一端设置有安装孔和安装用螺栓孔。
可选的，所述连接组件为连接板时，所述连接板包括内侧连接板和外侧连接板，所述内侧连接板为自带螺母的连接板。
可选的，所述内侧连接板为采用预先铸造、锻压或焊接螺母的连接板。
可选的，当箱形梁为焊接箱形梁时，所述箱形梁及所述悬臂箱梁内侧设置滑轨，所述内侧连接板沿所述滑轨滑动。
可选的，当箱形梁为轧制箱形梁时，所述连接组件为连接箱梁，所述连接箱梁包括内衬连接箱梁和外套连接箱梁，所述内衬连接箱梁设置于所述悬臂箱梁和所述箱形梁的内部，所述外套连接箱梁套设于所述悬臂箱梁和所述箱形梁的外部。
可选的，所述悬臂箱梁或所述箱形梁上设置有连接用螺孔。
一种带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接方法，包括以下步骤：
预制阶段：
第一步，预制悬臂箱梁，悬臂箱梁与箱形梁同规格，根据节点内力计算确定连接用螺栓孔数量及位置，根据安装要求确定安装螺栓孔数量及位置，并在悬臂箱梁上加工出螺栓孔；将悬臂箱梁的一端与箱形柱的壁板进行焊接连接；再根据受力及构造焊接补强板，得到带悬臂箱梁的箱形柱；
第二步，预制连接板，根据节点内力计算确定实际尺寸和连接用螺栓孔数量，并在连接板上加工出所述连接用螺栓孔；或，预制连接箱梁，根据节点内力计算确定实际尺寸和连接用螺栓孔数量，并在连接箱梁上加工出所述连接用螺栓孔；
第三步，预制箱形梁，根据节点内力计算确定实际尺寸和连接用螺栓孔数量，并在箱形梁的端部加工出所述连接用螺栓孔；
上述第一步、第二步和第三步的实施不分先后顺序；
安装阶段：
采用连接板安装时，按照第五步至第十一步要求实施：
第四步，将箱形梁吊装至悬臂箱梁位置，使箱形梁与悬臂箱梁之间保持一定间隙；
第五步，拆除箱形梁的腹板与连接板之间的临时固定螺栓，保留腹板旋转中心处的螺栓，通过旋转使腹板外侧连接板上的螺栓孔与箱形梁和悬臂箱梁上的螺栓孔分别对应，利用螺栓将连接板与悬臂箱梁临时固定；
第六步，拆除腹板旋转中心处的螺栓，通过滑移腹板内侧连接板就位；
第七步，安装腹板所有连接用螺栓；
第八步，当箱形梁两侧腹板均采用螺栓安装固定完毕，此时吊装设备撤离；
第九步，重复上述第五步至第八步，安装箱形梁与悬臂箱梁翼缘的连接板；
第十步，所有连接用螺栓安装完毕，将箱形梁端部的安装孔采用盖板可靠封闭实现等强；根据有或无抗震设防要求，对悬臂箱梁的安装孔采用盖板构造或可靠封闭；
第十一步，当受力或构造要求采用单侧连接板即可满足要求时，应首选腹板或翼缘内侧设连接板方式。
采用连接箱梁安装时，按照第十二步至第十六步要求实施：
第十二步，将箱形梁吊装至悬臂箱梁位置，使箱形梁与悬臂箱梁之间保持一定间隙；
第十三步，拆除连接箱梁的全部临时固定螺栓，分别将内衬连接箱梁、外套连接箱梁滑移至连接位置，安装完毕所有箱形梁腹板的螺栓，此时吊装设备撤离；
第十四步，安装所有箱形梁翼缘的螺栓；
第十五步，所有连接用螺栓安装完毕，将箱形梁端部的安装孔采用盖板可靠封闭实现等强；根据有或无抗震设防要求，对悬臂箱梁的安装孔采用盖板构造或可靠封闭。
第十六步，当受力或构造要求采用单个连接箱梁即可满足要求时，应首选内衬连接箱梁方式。
可选的，第二步中，连接板的半边开孔列数应为奇数列。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
(1)采用常见的钢结构用大六角螺栓或钢结构用扭剪型高强度螺栓，针对焊接箱形梁或轧制箱形梁与箱形柱的连接节点，实现了全螺栓的刚性连接节点，该连接方式适用于钢结构、铝合金结构、不锈钢结构。当适用于铝合金结构时，螺栓材质应选取不锈钢或铝合金等。
(2)针对焊接箱形梁，腹板、翼缘的连接板随梁运输及吊装；现场连接时焊接箱形梁内侧的连接板通过滑移就位、外侧的连接板通过旋转就位，安装方便。
(3)针对轧制箱形梁，外套连接箱梁、内衬连接箱梁随轧制箱形梁运输及吊装；现场连接时外套及内衬连接箱梁均采用滑移就位，安装方便。
(4)为方便连接板或连接箱梁就位在悬臂梁段或箱形梁上开有安装孔，高强度螺栓安装完毕后，将箱形梁端部的安装孔采用盖板可靠封闭实现等强；根据有或无抗震设防要求，对悬臂梁段的安装孔采用盖板构造或可靠封闭，控制悬臂箱梁塑性铰的发生与否且满足结构耐久性要求。
(5)为提高焊接箱形梁与箱形柱螺栓连接现场安装的的便捷性，焊接箱形梁内侧的连接板可预先铸造、锻压或焊接螺母，提高现场安装效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中焊接箱形梁的结构示意图；
图2为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中轧制箱形梁的结构示意图；
图3为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中带悬臂箱梁的箱形柱的结构示意图；
图4为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中带悬臂箱梁的箱形柱的俯视结构示意图；
图5为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中外侧连接板的结构示意图；
图6为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中内侧连接板的结构示意图；
图7为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中内侧连接板的剖视结构示意图；
图8为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中带滑轨的箱形梁剖视结构示意图；
图9为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中连接箱梁的结构示意图；
图10为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中高强度螺栓的结构示意图；
图11为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中采用连接板连接的结构示意图；
图12为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中采用连接板连接的俯视结构示意图；
图13为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中采用连接箱梁连接的结构示意图；
图14为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中采用连接箱梁连接的俯视结构示意图；
图15为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中连接箱梁的剖视结构示意图；
图16为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中采用可靠封闭并将盖板设置于箱梁外部的结构示意图；
图17为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中采用可靠封闭并将盖板设置于箱梁内部的结构示意图；
图18为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中采用构造封闭并将盖板设置于箱梁内部的结构示意图；
图19为本发明带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点中采用构造封闭并将盖板设置于箱梁外部的结构示意图。
附图标记说明：附图标记说明：1焊接箱形梁，2轧制箱形梁，3箱形柱，4悬臂箱梁，5安装孔，6补强板，7内衬连接箱梁，8外套连接箱梁，9高强度螺栓，10安装用螺孔，11腹板外侧连接板，12翼缘外侧连接板，13腹板内侧连接板，14翼缘内侧连接板，15滑轨，16螺母，17盖板，18腹板旋转中心螺栓，19翼缘旋转中心螺栓，20翼缘，21腹板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至19所示，本实施例提供一种带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点，包括箱形柱3、悬臂箱梁4、箱形梁1或2和连接组件；所述悬臂箱梁4的一端与所述箱形柱3的一侧在工厂采用单边坡口焊缝焊接连接，所述悬臂箱梁4的另一端通过所述连接组件与所述箱形梁通过高强度螺栓9连接。
于本具体实施例中，所述悬臂箱梁4的一端与所述箱形柱3之间设置有补强板6，所述补强板6一端插入所述箱形柱3内并与所述箱形柱3的内壁在工厂采用坡口焊缝焊接。
所述悬臂箱梁4的一端设置有安装孔5和安装用螺栓孔，所述箱形梁靠近所述悬臂箱梁4的一端设置有安装孔5和安装用螺栓孔。
所述连接组件为连接板，所述连接板包括内侧连接板和外侧连接板，所述内侧连接板为采用预先铸造、锻压或焊接螺母16的连接板。
实施例一：
当箱形梁为焊接箱形梁时，所述焊接箱形梁1内侧设置滑轨15，所述内侧连接板13或14沿所述滑轨15滑动。滑轨15采用角钢，角钢用于对内侧连接板13或14限位，使内侧连接板13或14与腹板21或翼缘20保持平行，并方便安装时将内侧连接板13或14与腹板21或翼缘20上的孔对齐。
所述悬臂箱梁4上设置有安装用螺孔10。本实施例中，安装用螺孔10设置于连接用螺孔靠近箱形柱3的一侧。
实施例二：
本实施例中，如图13至15所示，所述连接组件为连接箱梁，所述连接箱梁包括内衬连接箱梁7和外套连接箱梁8，所述内衬连接箱梁7设置于所述悬臂箱梁4和所述轧制箱形梁2的内部，所述外套连接箱梁8套设于所述悬臂箱梁4和所述轧制箱形梁2的外部。为了便于安装，保证就位顺畅、受力合理，内衬连接箱梁7的外轮廓比相应的轧制悬臂箱梁4及轧制箱形梁2的内轮廓周圈小1-2mm；外套连接箱梁8的内轮廓比相应的轧制悬臂箱梁4及轧制箱形梁2的外轮廓周圈大1-2mm。
实施例三：
本发明还公开一种实施例一中的带塑性铰箱形梁柱全螺栓连接节点的连接方法，包括以下步骤：
如图1至7，预制阶段：
第一步，预制悬臂箱梁4，悬臂箱梁4与焊接箱形梁1同规格，根据节点内力计算确定连接用螺栓孔数量及位置，根据安装要求确定安装螺栓孔数量及位置，并在悬臂箱梁4上加工出螺栓孔；将悬臂箱梁4的一端与箱形柱3的壁板进行焊接连接；再根据受力及构造焊接补强板，得到带悬臂箱梁4的箱形柱3；
第二步，预制连接板，根据节点内力计算确定实际尺寸和连接用螺栓孔数量，并在连接板上加工出所述连接用螺栓孔；连接板的半边开孔列数应为奇数列；
第三步，预制焊接箱形梁1，根据节点内力计算确定实际尺寸和连接用螺栓孔数量，并在焊接箱形梁1的端部加工出所述连接用螺栓孔；
上述第一步、第二步和第三步的实施不分先后顺序；
如图11和12，安装阶段：
第四步，将焊接箱形梁1吊装至悬臂箱梁4位置，使焊接箱形梁1与悬臂箱梁4之间保持一定间隙；
第五步，拆除焊接箱形梁1的腹板与连接板之间的临时固定螺栓，保留腹板旋转中心处的螺栓，通过旋转使腹板外侧连接板上的螺栓孔与焊接箱形梁1和悬臂箱梁4上的螺栓孔分别对应，利用螺栓将连接板与悬臂箱梁4临时固定；
第六步，拆除腹板旋转中心处的螺栓，通过滑移使腹板内侧连接板就位；
第七步，安装腹板所有连接用螺栓；
第八步，当焊接箱形梁1两侧腹板均采用螺栓安装固定完毕，此时吊装设备撤离；
第九步，重复上述第五步至第八步，安装焊接箱形梁1与悬臂箱梁4翼缘的连接板；
第十步，所有连接用螺栓安装完毕，将焊接箱形梁1端部的安装孔采用盖板可靠封闭实现等强；根据有或无抗震设防要求，对悬臂梁段的安装孔5采用盖板构造或可靠封闭；
第十一步，当受力或构造要求采用单侧连接板即可满足要求时，应首选腹板或翼缘内侧设连接板方式。
实施例四：
本发明还公开一种实施例二中的带塑性铰箱型梁柱全螺栓连接结构的连接方法，包括以下步骤：
如图1至4，及图9，预制阶段：
第一步，预制悬臂箱梁4，悬臂箱梁4与轧制箱形梁2同规格，根据节点内力计算确定连接用螺栓孔数量及位置，根据安装要求确定安装螺栓孔数量及位置，并在悬臂箱梁4上加工出螺栓孔；将悬臂箱梁4的一端与箱形柱3的壁板进行焊接连接；再根据受力及构造焊接补强板，得到带悬臂箱梁4的箱形柱3；
第二步，预制连接箱梁，根据节点内力计算确定实际尺寸和连接用螺栓孔数量，并在连接箱梁上加工出所述连接用螺栓孔；
第三步，预制轧制箱形梁2，根据节点内力计算确定实际尺寸和连接用螺栓孔数量，并在轧制箱形梁2的端部加工出所述连接用螺栓孔；
上述第一步、第二步和第三步的实施不分先后顺序；
安装阶段：
第十二步，将轧制箱形梁2吊装至悬臂箱梁4位置，使轧制箱形梁2与悬臂箱梁4之间保持一定间隙；
第十三步，拆除连接箱梁7的全部临时固定螺栓，分别将内衬连接箱梁7、外套连接箱8梁滑移至连接位置，安装完毕所有轧制箱形梁2腹板的螺栓，此时吊装设备撤离；
第十四步，安装所有轧制箱形梁2翼缘的螺栓；
第十五步，所有连接用螺栓安装完毕，将轧制箱形梁2端部的安装孔采用盖板可靠封闭实现等强；根据有或无抗震设防要求，对悬臂箱梁的安装孔5采用盖板构造或可靠封闭。
第十六步，当受力或构造要求采用单个连接箱梁即可满足要求时，应首选内衬连接箱梁7方式。
本发明中的塑性铰是指当梁柱节点达到极限弯矩时，悬臂箱梁4在安装孔5的薄弱截面全部发生屈服，此部位出现相对转动的铰。
焊接箱形梁1内侧采用带螺母16的连接板，可减少零部件数量、降低损耗、方便安装。
本发明采用全螺栓连接，箱形梁柱连接无现场焊缝，无焊接产生的残余应力及残余变形，节点质量容易保障。工地现场劳动强度低、效率高，符合国家倡导的装配式建筑、绿色施工技术相关政策要求。
本发明中采用螺栓为成熟产品且适用的理论依据完备，具有造价低、符合国家标准、规范或规程的优点。
本发明中悬臂箱梁4的安装孔5，通过构造封闭或可靠封闭，可控制悬臂箱梁4塑性铰的发生与否，适宜有或无抗震设防要求地区的多高层建筑。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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